4Lista de Exercícios sobre Convecção

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Lista de Exercícios sobre Convecção
Considere a perda de massa na superfície de uma placa plana lisa e molhada, em função da convecção forçada, na pressão atmosférica. A placa possui um comprimento de 0,5 m e uma largura de 3 m. Ar seco, a 300 K e com uma velocidade de 35 m/s, escoa sobre uma superfície, que também se encontra a uma temperatura de 300 K. Estime o coeficiente de transferência de massa médio e determine a taxa (kg/s) de perda de vapor d’água na placa.
	Resp: 0,0728 m/s e 0,0028 kg/s
Uma série de bandejas contendo água, cada uma com 222 mm de comprimento, experimenta um processo evaporativo. Ar seco a 300 K escoa sobre as bandejas, a uma velocidade de 15 m/s, enquanto aquecedores radiantes mantêm a temperatura superficial a 330K.
Qual é o fluxo de evaporação (kg/m2s) a uma distância de 1m da aresta frontal?
Qual é a irradiação (W/m2) que deve ser fornecida à superfície da bandeja nesse local para manter a temperatura da água a 330K?
Para um escoamento turbulento sobre uma placa, considere Shx = 0,0296(Rex)4/5Sc1/3 para 0,6 SC 3000
Resp: 4,4810-3 kg/m2s e 11.813 W/m2
Ar seco, a uma pressão de 1 atm e a uma velocidade de 15 m/s, deve ser umedecido pela sua passagem em escoamento cruzado sobre um cilindro poroso, com diâmetro de 40 mm, que se encontra saturado com água. Considerando que a água e o ar estejam a 300 K, calcule a taxa mássica de evaporação da água sob condições de regime estacionário na superfície do cilindro, por unidade de comprimento.
	Resp: 2,3110-4 kg/m s
Uma gotícula esférica de álcool, com 0,5 mm de diâmetro, cai livremente através de ar seco em repouso, a uma velocidade de 1,8 m/s. A concentração de vapor de álcool na superfície da gotícula é de 0,0573 kg/m3 e o coeficiente de difusão do álcool no ar é de 10-5 m2/s. Desprezando a radiação e supondo condições de regime estacionário, calcule a temperatura superficial da gotícula, se a temperatura do ar ambiente é de 300 K. O calor latente de vaporização do álcool é 8,42105 J/kg.
	Resp: 277,9 K
Ar, a 300 K e a uma vazão de 3 kg/h, passa em sentido ascendente através de um tubo de 30 mm, conforme mostrado na figura a seguir. Uma fina película de água, também a 300 K, escoa lentamente em sentido descendente sobre uma superfície interna do tubo. Determine o coeficiente de transferência de massa por convecção nessa situação.
	Resp: 0,0032 m/s
Considere o escoamento de um gás com massa específica ρ e taxa mássica através de um tubo, cuja superfície interna é coberta por um líquido ou um sólido sublimável com concentração de vapor uniforme ρA,s. Deduza a equação 8.84 do Incropera para a variação da concentração média do vapor ρA,m com a distância x a partir da entrada do tubo e a equação 8.81 do Incropera para a taxa total de transferência de vapor em um tubo com comprimento L.
A presença de CO2 em solução é essencial para o crescimento de plantas aquáticas, com o CO2 sendo usado como um reagente na fotossíntese. Considere um corpo de água estagnado, no qual a concentração de CO2 (ρA) é nula em qualquer lugar. No tempo t = 0, a água é exposta a uma fonte de CO2, que mantém a concentração na superfície (x = 0) em um valor fixo ρA,0. Para t > 0, começa o acúmulo de CO2 na água, mas esse acúmulo é impedido pelo consumo de CO2 devido à fotossíntese. A taxa na qual esse consumo ocorre por unidade de volume é igual ao produto entre uma constante da taxa de reação k1 e a concentração local de CO2, ρA (x,t).
Escreva (não deduza) uma equação diferencial que pode ser usada para determinar ρA (x,t) na água. O que cada parcela da equação representa fisicamente?
Escreva as condições de contorno apropriadas que possam ser usadas para obter uma solução particular, supondo um corpo de água “profundo”. Qual seria a forma dessa solução para o caso particular de consumo de CO2 desprezível (k1 0)?
A 20oC, quantos gramas de n-octano líquido irão evaporar no N2 em 24,5 h no sistema igual ao da célula de Arnold, vista em classe, a pressões de (a) 1 atm e (b) 2 atm? A área superficial do líquido é de 1,29 cm2 e a pressão de vapor do n-octano a 20oC é de 10,45 mm Hg. A difusividade mássica é igual a 0,058 cm2/s.
	Resp: 6,71 mg.